Lodołamacz - Icebreaker

Rosyjski lodołamacz nuklearny Jamał w drodze na biegun północny, 2001
Rosyjski lodołamacz Krasin wiodącym jest amerykański okręt zaopatrzenia w McMurdo Station , Antarctica

Lodołamacz jest celowa statek lub łódź przeznaczona do poruszania się i nawigacja za pomocą lodu pokrytego wodami oraz zapewnienie bezpiecznych dróg wodnych dla innych łodzi i statków. Mimo, że termin odnosi się zwykle do lodołamaczy statków , może również odnosić się do mniejszych naczyń, takich jak łodzie lodołamaczy, które kiedyś były wykorzystywane na kanałach Wielkiej Brytanii .

Aby okręt mógł zostać uznany za lodołamacza, potrzebuje trzech cech, których brakuje większości normalnym statkom: wzmocnionego kadłuba , kształtu umożliwiającego usuwanie lodu oraz zdolności do przebijania się przez lód morski .

Lodołamacze oczyszczają ścieżki, wpychając się prosto do zamarzniętej wody lub pakującego lód . Wytrzymałość lodu morskiego na zginanie jest na tyle niska, że ​​lód pęka zwykle bez zauważalnej zmiany trymu statku . W przypadku bardzo grubego lodu lodołamacz może wbić swój dziób w lód, aby go rozbić pod ciężarem statku. Nagromadzenie pękniętego lodu przed statkiem może go spowolnić znacznie bardziej niż samo pękanie lodu, dlatego lodołamacze mają specjalnie zaprojektowany kadłub, który kieruje pęknięty lód wokół lub pod statek. Zewnętrzne elementy układu napędowego statku ( śmigła , wały śrubowe itp.) są bardziej narażone na uszkodzenia niż kadłub statku, więc zdolność lodołamacza do samoczynnego wjechania na lód, złamania go i usunięcia z niego gruzu ścieżka pomyślnie jest niezbędna dla jej bezpieczeństwa.

Historia

Najwcześniejsze lodołamacze

Przed statkami oceanicznymi opracowano technologię lodołamania na kanałach i rzekach śródlądowych. Pierwszy odnotowany prymitywny lodołamacz został użyty przez belgijskie miasto Bruges w 1392 roku, aby pomóc oczyścić fosę miejską.

Żaglowce na wodach polarnych

XVII-wieczny rosyjski koch w muzeum

Statki wzmocnione lodem były używane w pierwszych dniach eksploracji polarnych. Były one pierwotnie drewniane i oparte na istniejących projektach, ale wzmocnione, szczególnie wokół wodnicy podwójnym poszyciem do kadłuba i wzmacniającymi poprzecznicami wewnątrz statku. Z zewnątrz owinięto żelazne opaski. Czasami na dziobie, na rufie i wzdłuż stępki umieszczano blachy. Takie wzmocnienie zostało zaprojektowane, aby pomóc statkowi przepychać się przez lód, a także chronić statek w przypadku, gdy zostanie „ugryziony” przez lód. Szczypanie występuje, gdy kry lodowe wokół statku są pchane na statek, chwytając go jak w imadle i powodując uszkodzenia. To działanie przypominające imadło jest spowodowane siłą wiatrów i pływów na formacjach lodowych.

Pierwszymi łodziami używanymi na wodach polarnych były łodzie rdzennych mieszkańców Arktyki . Ich kajaki są małe ludzkie zasilany łodzie z zadaszonym pokładzie i jeden lub więcej kokpity, każdy siedzenia jeden kajakarz , który gładzi pojedynczą lub podwójną ostrzem wiosła . Takie łodzie oczywiście nie mają zdolności lodołamania, ale są lekkie i dobrze nadają się do przenoszenia lodu.

W IX i X wieku ekspansja Wikingów dotarła na Północny Atlantyk , a ostatecznie na Grenlandię i Svalbard w Arktyce. Wikingowie jednak operowali swoimi statkami na wodach pozbawionych lodu przez większą część roku, w warunkach średniowiecznego okresu ciepłego .

W XI wieku w północnej Rosji zaczęto zasiedlać wybrzeża Morza Białego , nazwane tak ze względu na to, że przez ponad pół roku były pokryte lodem. Mieszana grupa etniczna Karelów i Rosjan w północnej Rosji, która żyła na wybrzeżach Oceanu Arktycznego, stała się znana jako Pomorowie ("osadnicy nadmorscy "). Stopniowo opracowali specjalny typ małych jedno- lub dwumasztowych drewnianych żaglowców , wykorzystywanych do rejsów w warunkach lodowych mórz arktycznych, a później rzek syberyjskich . Te najwcześniejsze lodołamacze nazywano kochi . Kadłub Koch była chroniona przez pas odporny kry lodowej koloru skóry-poszycie wzdłuż zmiennej linii wodnej i miała na fałszywe kil na lód Portage . Jeśli koch zostałby ściśnięty przez pola lodowe, jego zaokrąglone linie ciała poniżej linii wodnej pozwoliłyby na wypchnięcie statku z wody na lód bez żadnych uszkodzeń.

W XIX wieku podobne środki ochronne zastosowano w nowoczesnych lodołamaczach parowych. Niektóre godne uwagi żaglowce pod koniec Epoki Żagla również miały formę jajowatą, taką jak łodzie Pomor , na przykład Fram , używany przez Fridtjofa Nansena i innych wielkich norweskich polarników . Fram był drewnianym statkiem, który popłynął najdalej na północ (85°57'N) i najdalej na południe (78°41'S) i był jednym z najsilniejszych drewnianych statków, jakie kiedykolwiek zbudowano.

Lodołamacze napędzane parą

Miejska łódź lodowa nr 1 na rzece Delaware

Wczesnym statkiem zaprojektowanym do pracy w warunkach lodowych był 51-metrowy parowiec z wiosłami , City Ice Boat No. 1 , który został zbudowany dla miasta Filadelfii przez Vandusen & Birelyn w 1837 roku. Statek był napędzany dwoma Silniki parowe o mocy 250 koni mechanicznych (190 kW) i ich drewniane łopatki wzmocniono żelaznymi nakładkami.

Dzięki zaokrąglonemu kształtowi i mocnemu metalowemu kadłubowi rosyjski pilot z 1864 roku był ważnym poprzednikiem nowoczesnych lodołamaczy ze śmigłami. Statek został zbudowany na zlecenie kupca i stoczniowca Michaiła Britneva . Zmieniono dziób, aby uzyskać zdolność do usuwania lodu (podniesienie 20° od linii stępki). To pozwoliło Pilotowi wepchnąć się na lód i w konsekwencji go złamać. Britnev ukształtował dziób swojego statku na wzór starych łodzi Pomor, które od wieków pływały po lodowatych wodach Morza Białego i Morza Barentsa . Pilot był używany w latach 1864-1890 do żeglugi w Zatoce Fińskiej między Kronstadt a Oranienbaum, przedłużając tym samym letni sezon żeglugowy o kilka tygodni. Zainspirowany sukcesem Pilota , Michaił Britnev zbudował drugi podobny statek Boy ("Breakage" w języku rosyjskim) w 1875 roku i trzeci Booy ("Buoy" w języku rosyjskim) w 1889 roku.

Znaczek pocztowy przedstawiający pilota , pierwszego lodołamacza współczesnego typu

Mroźna zima w latach 1870-1871 spowodowała zamarznięcie Łaby i portu w Hamburgu , co spowodowało długotrwałe zatrzymanie żeglugi i ogromne straty handlowe. Carl Ferdinand Steinhaus ponownie wykorzystane zmieniony łuk Pilot ' s projekt z Britnev aby jego własne lodołamacza, Eisbrecher I .

Yermak , pierwszy nowoczesny lodołamacz polarny

Pierwszy prawdziwy nowoczesny lodołamacz pełnomorski został zbudowany na przełomie XIX i XX wieku. Icebreaker Yermak został zbudowany w 1897 roku w stoczni Armstrong Whitworth w Anglii na zlecenie Cesarskiej Marynarki Wojennej Rosji . Okręt zapożyczył główne zasady od Pilota i zastosował je do stworzenia pierwszego polarnego lodołamacza, który był w stanie przejechać i zmiażdżyć pak lód . Statek wyporności 5000 ton, a jego parowo- tłokowe silniki dostarczały 10 000 koni mechanicznych (7500 kW). Statek został wycofany z eksploatacji w 1963 roku i złomowany w 1964 roku, co czyni go jednym z najdłużej służących lodołamaczy na świecie.

W Kanadzie rząd musiał zapewnić sposób na zapobieganie powodziom spowodowanym zatorami lodowymi na rzece Świętego Wawrzyńca . Lodołamacze zostały zbudowane w celu ochrony rzeki przed zatorami lodowymi na wschód od Montrealu . Mniej więcej w tym samym czasie Kanada musiała wypełnić swoje zobowiązania w kanadyjskiej Arktyce. Duże lodołamacze parowe, takie jak 80-metrowy (260 stóp) CGS  NB McLean (1930) i CGS  D'Iberville (1952), zostały zbudowane do tego podwójnego zastosowania (zapobieganie powodziom St. Lawrence i uzupełnianie zapasów w Arktyce).

Na początku XX wieku w kilku innych krajach zaczęły działać lodołamacze. Większość z nich to lodołamacze przybrzeżne, ale Kanada, Rosja, a później Związek Radziecki , również zbudowały kilka lodołamaczy oceanicznych o wyporności do 11 000 ton.

Lodołamacze z silnikiem Diesla

Pierwszy na świecie diesel-electric lodołamacz był 4330-tonowy szwedzki lodołamacza Ymer w roku 1933. W 9000 KM (6700 kW) podzielona między dwa śmigła na rufie i jednej śruby w dziobie, ona pozostawała najpotężniejszym szwedzki lodołamacza aż do uruchomienia od Oden w 1957 Ymer nastąpiła fińskiego Sisu , pierwszy diesel-electric lodołamacza w Finlandii w roku 1939. Oba statki zostały zlikwidowane w 1970 i zastąpiony przez znacznie większych lodołamaczy w obu krajach, 1976 zbudowany Sisu w Finlandii, a Zbudowany w 1977 roku Ymer w Szwecji.

USCGC  Healy na północ od Alaski.
Polar Star obok jej siostrzanym statku USCGC  Polar Sea niedaleko McMurdo Station , Antarctica .

W 1941 roku Stany Zjednoczone rozpoczęły budowę klasy Wind . Badania w Skandynawii i Związku Radzieckim doprowadziły do ​​projektu, który miał bardzo mocno zbudowany, krótki i szeroki kadłub, z odciętą przednią częścią stopy i zaokrąglonym dnem. Potężna maszyneria spalinowo-elektryczna napędzała dwie rufowe i jedno pomocnicze śmigło dziobowe. Te cechy stały się standardem dla powojennych lodołamaczy do lat 80. XX wieku.

W Kanadzie lodołamacze spalinowo-elektryczne zaczęto budować w 1952 roku, najpierw z HMCS Labrador (przeniesiony później do Canadian Coast Guard), wykorzystując konstrukcję klasy USCG Wind, ale bez śmigła dziobowego. Następnie, w 1960 roku, kolejny krok w kanadyjskim rozwoju dużych lodołamaczy nastąpił, gdy CCGS  John A. Macdonald został ukończony w Lauzon w Quebecu. John A. Macdonald, znacznie większy i potężniejszy statek niż Labrador , był lodołamaczem oceanicznym, zdolnym sprostać najbardziej rygorystycznym warunkom polarnym. Jej maszyneria spalinowo-elektryczna o mocy 15 000 koni mechanicznych (11 000 kW) została rozmieszczona w trzech zespołach przekazujących równo moc na każdy z trzech wałów.

Największy i najpotężniejszy lodołamacz w Kanadzie, 120-metrowy (390 stóp) CCGS  Louis S. St-Laurent , został dostarczony w 1969 roku. Jej oryginalne trzy turbiny parowe, dziewięć generatorów i trzy silniki elektryczne wytwarzają 27 000 koni mechanicznych na wale (20 000 kW) . Wieloletni projekt remontu w średnim okresie eksploatacji (1987–1993) sprawił, że statek otrzymał nowy dziób i nowy układ napędowy. Nowa elektrownia składa się z pięciu diesli, trzech generatorów i trzech silników elektrycznych, dających mniej więcej taką samą moc napędu.

22 sierpnia 1994 r. Louis S. St-Laurent i USCGC  Polar Sea zostały pierwszymi północnoamerykańskimi statkami nawodnymi, które dotarły do ​​bieguna północnego. Pierwotnie planowano wycofanie statku z eksploatacji w 2000 roku; jednak remont przedłużył termin wycofania z eksploatacji do 2017 roku.

Lodołamacze z napędem jądrowym

Rosyjski lodołamacz nuklearny Arktika , pierwszy statek nawodny, który dotarł do bieguna północnego

Rosja obecnie obsługuje wszystkie istniejące i działające lodołamacze o napędzie atomowym. Pierwszy z nich, NS Lenin , został zwodowany w 1957 roku i wszedł do eksploatacji w 1959 roku, zanim został oficjalnie wycofany ze służby w 1989 roku. Był to zarówno pierwszy na świecie okręt nawodny o napędzie atomowym, jak i pierwszy cywilny statek o napędzie atomowym .

Drugim sowieckim lodołamaczem nuklearnym był NS Arktika , czołowy okręt klasy Arktika . W służbie od 1975 roku był pierwszym okrętem nawodnym, który dotarł do Bieguna Północnego 17 sierpnia 1977 roku.

W maju 2007 roku zakończono próby morskie rosyjskiego lodołamacza o napędzie atomowym NS 50 Let Pobedy . Statek został oddany do użytku przez Murmańsk Shipping Company, która zarządza wszystkimi ośmioma rosyjskimi państwowymi lodołamaczami jądrowymi. Stępka została pierwotnie położona w 1989 roku przez Baltic Works of Leningrad , a statek został zwodowany w 1993 roku jako NS Ural . Ten lodołamacz miał być szóstym i ostatnim w klasie Arktika , a obecnie jest największym na świecie lodołamaczem.

Funkcjonować

Fiński lodołamacz Otso eskortujący statek handlowy na Morzu Bałtyckim

Obecnie większość lodołamaczy jest potrzebna do utrzymania otwartych szlaków handlowych tam, gdzie występują sezonowe lub stałe warunki lodowe. Podczas gdy statki handlowe zawijające do portów w tych regionach są wzmocnione do żeglugi w lodzie , zwykle nie są wystarczająco silne, aby samodzielnie zarządzać lodem. Z tego powodu, w Morzu Bałtyckim The Great Lakes i Droga Wodna Świętego Wawrzyńca , a wzdłuż Przejście Północno-Wschodnie , główną funkcją lodołamaczy ma eskortować konwoje jednego lub więcej statków bezpiecznie przez wody lodu wypełnione. Gdy statek zostanie unieruchomiony przez lód, lodołamacz musi go uwolnić, łamiąc lód otaczający statek i, jeśli to konieczne, otworzyć bezpieczne przejście przez pole lodowe. W trudnych warunkach lodowych lodołamacz może holować również najsłabsze statki.

Niektóre lodołamacze są również wykorzystywane do wspierania badań naukowych w Arktyce i Antarktyce. Oprócz zdolności do lodołamania, statki muszą mieć dość dobre właściwości na wodach otwartych do tranzytu do i z regionów polarnych, obiekty i pomieszczenia mieszkalne dla personelu naukowego oraz ładowność do zaopatrywania stacji badawczych na lądzie. Kraje takie jak Argentyna i RPA , które nie wymagają lodołamaczy na wodach krajowych, mają lodołamacze badawcze do prowadzenia badań w regionach polarnych.

Jak podmorskich wierceń przenosi się do mórz arktycznych, potrzebne są naczynia lodołamaczy dostarczyć ładunek i sprzęt do odwiertów i ochrony drillships i platform wiertniczych z lodu wykonując zarządzania lodowej , która obejmuje na przykład zerwania dryfujący lód na mniejsze kry i kierowniczych lodowych z dala z chronionego obiektu. W przeszłości takie operacje były prowadzone głównie w Ameryce Północnej, ale dziś arktyczne odwierty i wydobycie ropy naftowej odbywają się również w różnych częściach rosyjskiej Arktyki.

United States Coast Guard wykorzystuje lodołamaczy aby pomóc postępowania misjach poszukiwawczych i ratowniczych w lodowatej, oceanów polarnych. Lodołamacze Stanów Zjednoczonych służą do obrony interesów gospodarczych i utrzymania obecności narodu w regionach Arktyki i Antarktyki. W miarę topnienia czap lodowych w Arktyce odkrywa się coraz więcej korytarzy. Te możliwe trasy nawigacyjne powodują wzrost zainteresowania półkulami polarnymi ze strony narodów na całym świecie. Amerykańskie lodołamacze polarne muszą nadal wspierać badania naukowe w rozszerzających się oceanach Arktyki i Antarktyki . Każdego roku ciężki lodołamacz musi wykonać operację Deep Freeze , oczyszczając bezpieczną ścieżkę dla statków z zaopatrzeniem do placówki McMurdo na Antarktydzie należącej do Narodowej Fundacji Nauki . Ostatnia wielomiesięczna wycieczka była prowadzona przez Gwiazdę Polarną, która eskortowała kontenerowiec i statek z paliwem w zdradzieckich warunkach, zanim utrzymywał kanał wolny od lodu. Bez ciężkiego lodołamacza Ameryka nie byłaby w stanie kontynuować badań polarnych na Antarktydzie, ponieważ nie byłoby możliwości dotarcia do fundacji naukowej.

Charakterystyka

Odporność na lód i kształt kadłuba

Estoński wielofunkcyjny lodołamacz Botnica ma typowy okrągły łuk lodołamacza z małymi kątami dziobu i rozwarcia. Wybuch spawane ze stali nierdzewnej pas lodu i „rozwiertaki” może być również widoczne.

Lodołamacze są często opisywane jako statki, które wbijają pochyłe łuki na lód i łamią go pod ciężarem statku. W rzeczywistości dzieje się tak tylko w bardzo gęstym lodzie, gdzie lodołamacz porusza się w tempie marszu, a może nawet będzie musiał wielokrotnie cofać się o kilka długości statku i taranować lód z pełną mocą. Częściej lód, który ma stosunkowo niską wytrzymałość na zginanie , łatwo łamie się i zanurza pod kadłubem bez zauważalnej zmiany trymu lodołamacza, podczas gdy statek porusza się do przodu ze stosunkowo dużą i stałą prędkością.

Podczas projektowania lodołamacza jednym z głównych celów jest zminimalizowanie sił wynikających z kruszenia i łamania lodu oraz zanurzania pękniętych kry pod statkiem. Średnia wartość składowych podłużnych tych sił chwilowych nazywana jest oporem lodowym statku. Architekci marynarki projektujący lodołamacze stosują tak zwaną krzywą h - v do określenia zdolności lodołamania statku. Pokazuje prędkość ( v ) jaką statek jest w stanie osiągnąć w funkcji grubości lodu ( h ). Odbywa się to poprzez obliczenie prędkości, przy której napór śmigieł równa się połączonemu oporowi hydrodynamicznemu i lodowemu statku. Alternatywnym sposobem określenia zdolności statku do łamania lodu w różnych warunkach lodowych, takich jak grzbiety ciśnieniowe, jest wykonanie badań modelowych w zbiorniku z lodem . Niezależnie od metody, rzeczywiste osiągi nowych lodołamaczy są weryfikowane podczas pełnowymiarowych prób lodowych po zbudowaniu statku.

W celu zminimalizowania sił lodołamaczy, linie kadłuba lodołamacza są zwykle zaprojektowane tak, że rozbłysk na linii wodnej jest tak mały, jak to możliwe. W rezultacie lodołamacze charakteryzują się pochyłym lub zaokrąglonym dziobem, a także pochyłymi burtami i krótkim równoległym śródokręciem, co poprawia manewrowość w lodzie. Jednak dziób w kształcie łyżki i okrągły kadłub mają słabą sprawność hydrodynamiczną i właściwości morskie , co powoduje, że lodołamacz jest podatny na uderzenie lub uderzenie konstrukcji dna statku o powierzchnię morza. Z tego powodu kadłub lodołamacza jest często kompromisem między minimalnym oporem lodu, manewrowością w lodzie, niskim oporem hydrodynamicznym i odpowiednią charakterystyką na otwartej wodzie.

Szwedzki lodołamacz Oden jest zbudowany z płaskim dziobem łodzi desantowej i potężnym systemem zrzutów wody, zaprojektowanym w celu zmniejszenia tarcia między kadłubem a lodem

Niektóre lodołamacze mają kadłub szerszy na dziobie niż na rufie. Te tak zwane „rozwiertaki” zwiększają szerokość kanału lodowego, a tym samym zmniejszają opór tarcia na rufie, a także poprawiają manewrowość statku w lodzie. Oprócz farby o niskim współczynniku tarcia, niektóre lodołamacze wykorzystują zgrzewany wybuchowo, odporny na ścieranie pas lodowy ze stali nierdzewnej, który dodatkowo zmniejsza tarcie i chroni kadłub statku przed korozją. Systemy pomocnicze, takie jak potężne zalania wodą i systemy bąbelków powietrza, są wykorzystywane do zmniejszania tarcia poprzez tworzenie warstwy smarującej między kadłubem a lodem. Pompowanie wody między zbiornikami po obu stronach statku powoduje ciągłe kołysanie, które zmniejsza tarcie i ułatwia poruszanie się po lodzie. Eksperymentalne konstrukcje łuków, takie jak płaski łuk Thyssen-Waas i łuk cylindryczny, były przez lata wypróbowywane w celu dalszego zmniejszenia odporności na lód i stworzenia kanału pozbawionego lodu.

Projekt konstrukcyjny

Lodołamacze i inne statki eksploatowane na wodach zalodzonych wymagają dodatkowego wzmocnienia konstrukcji przeciwko różnym obciążeniom wynikającym z kontaktu kadłuba statku z otaczającym go lodem. Ponieważ ciśnienie lodu różni się w różnych częściach kadłuba, najbardziej wzmocnionymi obszarami w kadłubie lodobicia jest dziób, który podlega największym obciążeniom lodem, oraz wokół linii wodnej, z dodatkowym wzmocnieniem zarówno powyżej, jak i poniżej linii wodnej, w celu utworzenia ciągły pas lodowy wokół statku.

Lodołamacze krótkie i przysadziste są zwykle budowane przy użyciu ram poprzecznych, w których poszycie kadłuba jest usztywnione ramami umieszczonymi w odległości około 400 do 1000 milimetrów (1 do 3 stóp), w przeciwieństwie do ram wzdłużnych stosowanych na dłuższych statkach. W pobliżu wodnicy wręgi biegnące w kierunku pionowym rozprowadzają lokalnie skoncentrowane obciążenia lodowe na poszyciu kadłuba na podłużnice zwane podłużnicami, które z kolei są podtrzymywane przez wręgi ramowe i grodzie przenoszące bardziej rozłożone obciążenia kadłuba. Podczas gdy poszycie powłoki, która jest w bezpośrednim kontakcie z lodem, może mieć grubość do 50 mm (2,0 cala) w starszych lodołamaczach polarnych, zastosowanie stali o wysokiej wytrzymałości o granicy plastyczności do 500 MPa (73 000 psi) w nowoczesnych lodołamaczach zapewnia taką samą wytrzymałość konstrukcyjną przy mniejszej grubości materiału i mniejszej wadze stali. Niezależnie od wytrzymałości, stal stosowana w konstrukcjach kadłuba lodołamacza musi być odporna na kruche pękanie w niskich temperaturach otoczenia i warunkach dużego obciążenia, które są typowe dla operacji na wodach wypełnionych lodem.

Jeśli lodołamacze są zbudowane zgodnie z zasadami ustalonymi przez towarzystwa klasyfikacyjne, takie jak American Bureau of Shipping , Det Norske Veritas lub Lloyd's Register , lodołamaczom można przypisać klasę lodową na podstawie poziomu wzmocnienia lodowego w kadłubie statku. Jest to zwykle określane przez maksymalną grubość lodu, na którym statek ma działać, oraz inne wymagania, takie jak możliwe ograniczenia w taranowaniu. Chociaż klasa lodowa jest generalnie wskaźnikiem poziomu wzmocnienia lodu, a nie rzeczywistej zdolności lodołamacza, niektóre towarzystwa klasyfikacyjne, takie jak Rosyjski Morski Rejestr Statków, mają wymagania dotyczące zdolności operacyjnej dla pewnych klas lodu. Od 2000 roku Międzynarodowe Stowarzyszenie Towarzystw Klasyfikacyjnych (IACS) zaproponowało przyjęcie ujednoliconego systemu znanego jako Klasa Polarna (PC) w celu zastąpienia notacji klas lodowych specyficznych dla towarzystwa klasyfikacyjnego.

Moc i napęd

Przed pierwszym diesel-electric lodołamacze zostały zbudowane w 1930 roku, lodołamacze były albo elektrowni węglowych i olejowych statki parowe . Silniki parowe tłokowe były preferowane w lodołamaczach ze względu na ich niezawodność, solidność, dobrą charakterystykę momentu obrotowego i zdolność do szybkiego odwracania kierunku obrotów. W epoce pary najpotężniejsze przedwojenne lodołamacze napędzane parą miały moc napędową około 10 000 koni mechanicznych wału (7500 kW).

Od czasów II wojny światowej większość lodołamaczy była budowana z napędem dieslowo-elektrycznym, w którym silniki diesla sprzężone z generatorami wytwarzają energię elektryczną dla silników napędowych, które obracają śmigła o stałym skoku. Pierwsze lodołamacze spalinowo-elektryczne zostały zbudowane z generatorami prądu stałego (DC) i silnikami napędowymi, ale z biegiem lat technologia rozwinęła się najpierw do generatorów prądu przemiennego (AC), a na końcu do sterowanych częstotliwością systemów AC-AC. W nowoczesnych lodołamaczach spalinowo-elektrycznych układ napędowy jest zbudowany zgodnie z zasadą elektrowni, w której główne generatory dostarczają energię elektryczną wszystkim konsumentom na pokładzie i nie są potrzebne żadne silniki pomocnicze. Od połowy lat 70. najpotężniejszymi lodołamaczami spalinowo-elektrycznymi były lodołamacze: dawniej radzieckie, a później rosyjskie Ermak , Admirał Makarow i Krasin, które mają dziewięć dwunastocylindrowych generatorów diesla wytwarzających energię elektryczną dla trzech silników napędowych o łącznej mocy 26 500 kW ( 35500 KM). W latach 2020 prześcignie je nowy kanadyjski lodołamacz polarny CCGS John G. Diefenbaker , który będzie miał łączną moc napędu 36 000 kW (48 000 KM).

Chociaż układ napędowy dieslowo-elektryczny jest preferowanym wyborem dla lodołamaczy ze względu na dobrą charakterystykę momentu obrotowego przy niskich prędkościach elektrycznych silników napędowych, lodołamacze zostały również zbudowane z silnikami wysokoprężnymi połączonymi mechanicznie z przekładniami redukcyjnymi i śmigłami o regulowanym skoku . Mechaniczny układ napędowy ma kilka zalet w porównaniu z układami napędowymi spalinowo-elektrycznymi, takich jak mniejsza waga i lepsze zużycie paliwa. Jednak silniki Diesla są wrażliwe na nagłe zmiany obrotów śmigła i aby temu przeciwdziałać, mechaniczne układy napędowe są zwykle wyposażone w duże koła zamachowe lub sprzęgła hydrodynamiczne, które pochłaniają zmiany momentu obrotowego wynikające z interakcji śmigła z lodem.

Lodołamaczy parowych zostały wskrzeszone w latach 1950, kiedy Związek Radziecki zleciła pierwszy napędzie atomowym lodołamacza , Lenin , w roku 1959. To miało powertrain jądrowy-turbo-elektrycznym, w którym reaktor jądrowy został użyty do wytworzenia pary do turbogeneratorów , który z kolei wytwarzał energię elektryczną dla silników napędowych. Począwszy od 1975 roku, Rosjanie zamówili sześć lodołamaczy nuklearnych klasy Arktika, z których ostatni, zbudowany w 2007 roku, 50 Let Pobedy , jest największym i najpotężniejszym lodołamaczem na świecie od 2013 roku o mocy 52 800 kW (70 800 KM). Ponadto pod koniec lat osiemdziesiątych w Finlandii zbudowano dla Związku Radzieckiego dwa nuklearne lodołamacze klasy Taymyr o płytkim zanurzeniu . Sowieci zbudowali także lodołamacz o napędzie atomowym Sevmorput , który miał pojedynczy reaktor jądrowy i turbinę parową połączoną bezpośrednio z wałem napędowym. Rosja, która pozostaje jedynym operatorem lodołamaczy o napędzie atomowym, obecnie buduje nowe lodołamacze o mocy 60 000 kW (80 000 KM), które zastąpią starzejącą się klasę Arktika . Pierwsza jednostka tego typu ma wejść do służby w 2017 roku.

Zbudowany w 1969 roku kanadyjski lodołamacz polarny CCGS Louis S. St-Laurent był jednym z niewielu lodołamaczy wyposażonych w kotły parowe i turbogeneratory, które wytwarzały energię dla trzech elektrycznych silników napędowych. Później został wyposażony w pięć silników wysokoprężnych, które zapewniają lepszą oszczędność paliwa niż turbiny parowe. Później zbudowano lodołamacze kanadyjskie z napędem spalinowo-elektrycznym.

Najpotężniejsze konwencjonalne (niejądrowe) lodołamacze na świecie, dwa lodołamacze klasy Polar, obsługiwane przez United States Coast Guard , mają połączony napęd dieslowo-elektryczny i mechaniczny, który składa się z sześciu silników wysokoprężnych i trzech turbin gazowych . Podczas gdy silniki wysokoprężne są sprzężone z generatorami, które wytwarzają energię dla trzech silników napędowych, turbiny gazowe są bezpośrednio sprzężone z wałami napędowymi napędzającymi śruby o regulowanym skoku. Elektrownia wysokoprężno-elektryczna może wytwarzać do 13 000 kW (18 000 KM), podczas gdy turbiny gazowe mają ciągłą łączną moc 45 000 kW (60 000 KM).

Liczba, rodzaj i umiejscowienie śmigieł zależy od mocy, zanurzenia i przeznaczenia statku. Mniejsze lodołamacze i lodołamacze statków specjalnego przeznaczenia mogą być w stanie obsłużyć tylko jedną śrubę napędową, podczas gdy duże polarne lodołamacze zazwyczaj potrzebują do trzech dużych śrub, aby pochłonąć całą moc i zapewnić wystarczający ciąg. Zbudowano kilka lodołamaczy rzecznych o płytkim zanurzeniu z czterema śrubami napędowymi na rufie. Dysze mogą być używane do zwiększania ciągu przy niższych prędkościach, ale mogą zostać zatkane przez lód. Do lat 80. lodołamacze operujące regularnie na pofałdowanych polach lodowych na Morzu Bałtyckim były wyposażane w pierwsze, a później w dwa śmigła dziobowe, które tworzyły potężny splot wzdłuż kadłuba statku. To znacznie zwiększyło zdolność okrętów do lodołamania poprzez zmniejszenie tarcia między kadłubem a lodem i pozwoliło lodołamaczom na penetrację grubych grzbietów lodowych bez taranowania. Śmigła dziobowe nie nadają się jednak do lodołamaczy polarnych eksploatowanych w obecności twardszego lodu wieloletniego i dlatego nie były stosowane w Arktyce.

Mastera , jedna z pierwszych cystern o podwójnym działaniu , na otwartych wodach. W lodzie statek popłynie najpierw rufą.

Stery strumieniowe azymutalne eliminują potrzebę tradycyjnych śmigieł i sterów, ponieważ mają śmigła w sterowanych gondolach, które mogą obracać się o 360 stopni wokół osi pionowej. Te stery strumieniowe poprawiają wydajność napędu, zdolność łamania lodu i manewrowość statku. Zastosowanie pędników azymutalnych umożliwia również ruch statku za rufą w lodzie bez utraty zdolności manewrowych. Doprowadziło to do rozwoju statków dwustronnego działania , statków z rufą w kształcie dziobu lodołamacza oraz dziobem przeznaczonym do operowania na wodach otwartych. W ten sposób statek pozostaje ekonomiczny w eksploatacji na otwartych wodach bez uszczerbku dla jego zdolności do operowania w trudnych warunkach lodowych. Silniki azymutalne umożliwiły również opracowanie nowych eksperymentalnych lodołamaczy, które działają na boki, otwierając szeroki kanał w lodzie.

Metoda rezonansowa

Poduszkowiec może kruszenie lodu za pomocą metody rezonansowego. To powoduje, że lód i woda oscylują w górę iw dół, aż lód ulegnie wystarczającemu zmęczeniu mechanicznemu, aby spowodować pęknięcie.

Zobacz też

  • Statek dwustronnego działania  – Rodzaj statku lodołamacza zaprojektowanego do łamania ciężkiego lodu podczas poruszania się za rufą
  • Klasa lodowa  – Oznaczenie nadawane przez towarzystwo klasyfikacyjne lub organ krajowy w celu oznaczenia dodatkowego poziomu wzmocnień i innych rozwiązań umożliwiających statkowi nawigację po lodzie morskim
  • Lista lodołamaczy  – artykuł z listy Wikipedii
  • Lodołamacz o napędzie jądrowym  – typ statku zdolny do żeglugi po wodach pokrytych lodem
  • Klasa polarna  — klasa lodowa przypisana statkowi przez towarzystwo klasyfikacyjne na podstawie ujednoliconych wymagań dla statków klasy polarnej
  • Lodołamacz rzeczny  – Lodołamacz przeznaczony do pracy w płytkich wodach, takich jak rzeki i ujścia rzeki

Bibliografia

Zewnętrzne linki